Eine spannende neue IP-Chance im Rechenzentrumsdesign – lässt sich intelligente Kühlung patentieren?

Wie KI-gesteuerte Kühlung und digitale Zwillinge neue IP-Chancen und Mehrwert für Innovatoren im Bereich Rechenzentren schaffen.

Innovationen bei der Kühlung von Rechenzentren nehmen zu

Das rasante Wachstum von Rechenzentren, zunehmend für die KI-Verarbeitung, bringt Herausforderungen mit sich. Die Kühlung von Rechenzentren entwickelt sich schnell zu einem grundlegenden technologischen Faktor, und KI-Workloads in Rechenzentren, die häufig eine enorme und zunehmend variable Wärmeentwicklung verursachen, können die Wärme-, Energie- und Kühlungsinfrastruktur zusätzlich belasten. Angesichts der Entwicklungen bei der Kühlungssteuerung könnte sich hier ein bedeutendes Feld für Patentaktivitäten entwickeln.

Thermomanagement und Kühlung gehören bereits zu den aktivsten Bereichen der Patentierung von Rechenzentrumstechnologien. Das taiwanische Amt für geistiges Eigentum (TIPO) identifizierte 8.449 weltweite Patentfamilien im Zusammenhang mit Kühltechnologien für Rechenzentren und Server, die zwischen 2015 und 2024 veröffentlicht wurden. Der Sektor verzeichnete über das Jahrzehnt eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 17 %, wobei ab 2022 jährlich mehr als 1.000 Anmeldungen eingereicht wurden [1], [2]. Dieses Niveau der Patentanmeldungen deutet insgesamt auf Wettbewerbsaktivität bei KI-Infrastrukturtechnologien hin.

Von den 20 führenden Anmeldern, die TIPO identifiziert hat, stammen acht aus den USA, sechs aus Festlandchina und drei aus Taiwan. Zur US-amerikanischen Gruppe gehören NVIDIA, Alphabet, Microsoft und Amazon, mit einem technischen Schwerpunkt auf KI-Steuerung, Optimierung neuronaler Netze, Direct-to-Chip- und mikrofluidischer Kühlung. Zu den chinesischen Anmeldern gehören Inspur, Baidu, Huawei und State Grid mit Anmeldungen, die auf die Überwachung großflächiger Infrastrukturen und prädiktive Steuerung ausgerichtet sind. Die taiwanischen Anmelder Inventec, Foxconn und Quanta reichen Patentanmeldungen für Innovationen in den Bereichen Hardwareintegration, Flüssigkühlung und Immersionssysteme ein.

Die Anmeldungen zeigen, dass sich die Kühlungstechnologie von der Luftkühlung hin zur Direct-to-Chip-Flüssigkühlung und Immersionskühlung entwickelt. Zunehmend werden KI-gestützte Steuerung, digitale Zwillinge und Reinforcement Learning eingesetzt, um den Kühlbedarf in Rechenzentren zu steuern.

Intelligente Kühlungssteuerung

Neue Entwicklungen in der Kühlungstechnologie für Rechenzentren sind nicht an die Hardware gebunden. Es werden neue Ansätze für eine intelligente Kühlungssteuerung mithilfe softwarebasierter Lösungen entwickelt, um den variablen und teilweise hohen Kühlbedarf moderner Rechenzentren zu bewältigen.

Ein digitaler Zwilling, also ein Computermodell des realen Systems, kann verwendet werden, um unterschiedliche thermische Bedingungen und Kühlstrategien eines Rechenzentrum-Kühlsystems virtuell zu simulieren, bevor Änderungen an einer realen Anlage vorgenommen werden [3]. Ein solches Modell kann Luft-, Flüssigkeits- oder Immersionskühlungsszenarien simulieren. Die Ergebnisse können als Grundlage dafür dienen, eine geeignete Betriebsstrategie, möglicherweise nahezu in Echtzeit, zu bestimmen und Prozesse zur Kühlungsoptimierung festzulegen und umzusetzen.

Maschinelles Lernen kann zur Steuerung der Kühlung eingesetzt werden [4], indem Lüftergeschwindigkeiten, Luftströme oder Parameter der Flüssigkühlung dynamisch an die thermischen Bedingungen in Echtzeit angepasst werden. Eine solche Steuerung kann ein Workload-prädiktives Management umfassen, das ein thermisches Ereignis vorhersehen kann, bevor ein rechenintensiver Workload ausgeführt wird, sodass Pumpen, Kältemaschinen oder andere Kühlressourcen proaktiv angepasst werden können.

Diese softwareorientierten Lösungen für die Kühlung von Rechenzentren beinhalten erhebliche Innovationen. Damit stellt sich die Frage: Können solche softwarebasierten Ansätze patentiert werden?

IP bei softwaregestützter Kühlung von Rechenzentren

Diese Innovationen können potenziell patentfähig sein. Der Schutzumfang für ein KI-gestütztes Kühlmodell dürfte sich jedoch nicht einfach auf „ein KI-Modell zur Kühlung“ erstrecken.

Nach den Grundsätzen des europäischen Patentrechts sind KI und mathematische Modelle nicht vom Patentschutz ausgeschlossen, wenn sie durch die Lösung eines technischen Problems einen technischen Beitrag leisten. KI- und Machine-Learning-Techniken können zum technischen Charakter einer Erfindung beitragen, wenn sie Teil einer technischen Lösung sind. Ein KI-gestütztes Kühlsystem kann daher beansprucht werden, indem die KI als Teil des umfassenderen Kühlungssteuerungssystems definiert wird. Beispielsweise können technische Eingaben wie Daten von Temperatursensoren oder Daten, die auf die Datenverarbeitungsanforderungen des Rechenzentrums hinweisen, eine technische Erfindung unterstützen. Auch Ausgaben mit einem technischen Zweck, etwa die Bereitstellung eines Steuersignals an Kühlhardware, stützen die Argumentation, dass ein technisches Gesamtsystem vorliegt.

Fehlen in den Patentansprüchen Merkmale, die das KI-Modell mit der realen Welt verknüpfen und eine technische Wirkung bewirken, besteht das Risiko, dass der Anspruch als mathematische Methode oder Computerprogramm als solches angesehen und daher von der Patentierbarkeit ausgeschlossen wird. Ein KI-Modell, das lediglich Temperaturen vorhersagt, könnte im Prüfungsverfahren vor dem Europäischen Patentamt (EPA) größere Schwierigkeiten haben als ein KI-Modell, das Temperaturen vorhersagt und abhängig von der vorhergesagten Temperatur ein Kühlsystem steuert.

Was könnte potenziell patentiert werden?

Mehrere Bereiche könnten Möglichkeiten für Patentschutz bieten, vorbehaltlich der üblichen Anforderungen an Neuheit, erfinderische Tätigkeit und ausreichende Offenbarung. Zum Beispiel:

• Prädiktive thermische Steuerung: Ein Steuerungssystem nutzt Workload- und Sensordaten, um zukünftige thermische Bedingungen vorherzusagen und die Kühltechnik proaktiv anzupassen, bevor eine thermische Grenze erreicht wird.
• Durch digitale Zwillinge gesteuerte Kühlung: Ein System nutzt einen digitalen Zwilling, um alternative thermische Zustände oder Kühlstrategien zu simulieren und anschließend die ausgewählte Steuerungsstrategie auf einen physischen Kühlkreislauf anzuwenden.
• Workload-zu-Kühlung-Optimierung: Eine physische Steuerungsarchitektur verknüpft die Planung von KI-Workloads, die Nutzung von Rechenzentrumsprozessoren oder den prognostizierten Rechenbedarf mit der Zuweisung und Steuerung von Kühlressourcen.
• KI-Steuerung unter physikalischen Randbedingungen: Ein Machine-Learning-Steuerungssystem, bei dem Vorhersagen oder Steuerungsentscheidungen durch thermische, strömungsdynamische oder andere physikalische Parameter begrenzt werden, um die Stabilität, Effizienz oder Leistung der Kühlung zu verbessern.

Es ist außerdem zu beachten, dass das EPA Details zum verwendeten ML-Modell in der Beschreibung erwartet, wenn die eigentliche Innovation eines KI-gestützten Systems darin liegt, wie dieses ML-Modell die Temperatursteuerung auf eine bestimmte Weise durchführt, und nicht lediglich darin, ein Machine-Learning-Modell auf neue Weise einzusetzen. Dazu gehören beispielsweise Merkmale der Trainingsdaten, die Architektur und Parameter des ML-Modells sowie die Art der Ein- und Ausgaben. Ein „Black-Box“-Anspruch, der lediglich angibt, dass maschinelles Lernen eingesetzt wird, dürfte die Kriterien für die Patentierbarkeit nicht erfüllen, wenn gerade die Details des ML-Modells die technische Wirkung erzielen und ein Problem lösen.

Wo könnte noch Spielraum für Patente bestehen?

Die Kühlungstechnologie für Rechenzentren wird bereits seit längerer Zeit weiterentwickelt. Die Patentaktivität im Bereich Thermomanagement ist bereits erheblich und wird im neuen Zeitalter großer Rechenzentren für KI-Verarbeitung zunehmend wettbewerbsintensiv.

Eine interessantere Chance könnte daher weniger in einer völlig neuen Kühlungstechnologie als vielmehr in der Kombination etablierter Technologien mit intelligenter Steuerung liegen.

Beispielsweise könnte ein digitaler Zwilling, der nicht nur zur Simulation genutzt wird, sondern auf neue Weise Steuereingaben für Pumpen und Ventile erzeugt, neu und erfinderisch sein. Auch ein KI-Controller, der den prognostizierten Workload-Bedarf in physische Kühlungsanpassungen übersetzt und einem Kühlsystem Steuersignale zur Betriebsweise übermittelt, könnte patentierbar sein. Ausreichend detailliert darzulegen, inwiefern solche Ansätze gegenüber dem Stand der Technik neu und erfinderisch sind, ist entscheidend, um nachzuweisen, dass eine patentierbare Erfindung vorliegt.

Für Technologieunternehmen, die erheblich in KI-Rechenzentren investieren, kann es genauso wichtig sein, die Verbindung zwischen KI- bzw. softwarebasierter Ermittlung des Kühlbedarfs und der physischen thermischen Infrastruktur zu identifizieren und zu schützen wie andere Aspekte der Kühlung, etwa die Kühlhardware.

Warum das gerade jetzt wichtig ist

KI-Infrastruktur wird in außergewöhnlichem Umfang bereitgestellt, wodurch der Druck auf Energieversorgung, Kühlung und Betriebseffizienz steigt. Die Ausgaben für den Bau von Rechenzentren in den USA erreichten im Juli 2026 laut Daten des U.S. Census Bureau eine annualisierte Rate von mehr als 75 Milliarden US-Dollar und lagen damit fast 60 % höher als im Juli 2025 [5].

Gleichzeitig nimmt die Patentaktivität im Zusammenhang mit KI weiter zu: Das EPA meldete für 2025 einen Anstieg der KI-Patentanmeldungen um 9,5 %, während die Patentanmeldungen im Bereich Computertechnologie um 6,1 % zunahmen [6].

Da KI-Workloads den Energiebedarf und die thermischen Anforderungen von Rechenzentren weiter erhöhen, gewinnt die Technologie zur Steuerung und Kühlung dieser Infrastruktur zunehmend eigenständige Bedeutung. Für Unternehmen kann die Möglichkeit, innovative Kühlmethoden zu schützen, in diesem immer wichtigeren Technologiebereich einen wertvollen Schutz geistigen Eigentums bieten, sofern die Patentierbarkeitskriterien in Europa für Software- und KI-Entwicklungen sorgfältig berücksichtigt werden. Unternehmen sollten intelligente Kühlungssteuerung als strategischen IP-Vermögenswert betrachten und nicht lediglich als Instrument zur Steigerung der betrieblichen Effizienz.

[1] https://www.tipo.gov.tw/tw/tipo1/106-68869.html

[2] https://www.inventec.com/en/news-detail111.htm

[3] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-032-09040-9_8

[4] https://engineering.fb.com/2024/09/10/data-center-engineering/simulator-based-reinforcement-learning-for-data-center-cooling-optimization/?utm_source=chatgpt.com

[5] https://finance.yahoo.com/technology/ai/articles/ai-data-center-construction-spending-204543407.html

[6] https://www.epo.org/en/news-events/news/demand-european-patents-2025-exceeded-200-000-first-time

Dieser Artikel wurde von Partnerin und Patent Attorney Janine Swarbrick verfasst.